基于微化工芯片的连续流合成技术具有生产效率高、生产过程安全、可规模化生产等突出优势，可用于快速生产精细化学品和先进材料，以及新药研发与合成。与传统二维内构件结构的微通道反应器相比，利用飞秒激光加工技术制造的三维微通道反应器能够在受限物理空间中提供更为优越的流体操作能力，从而极大地提升化学反应中的传质传热过程，并进而获得高纯度的反应产物。特别是玻璃基底的连续流合成芯片具有高透光性，为实现高空间分辨的光谱探测提供了便利，而先进的实时光谱探测能力将打开全自动智能材料合成与药物创制的大门。近日，华东师范大学吴淼博士、李欣副教授与程亚教授等采用飞秒激光加工技术实现了一种三维微化工反应芯片，并集成了一系列微光谱探头。该芯片集成了三维浓度梯度发生器，化学合成反应器以及光纤阵列光谱实时监测模块，在玻璃芯片上实现了化学合成过程的实时高时空分辨光谱监测功能，并成功地应用于高通量反应条件下的快速筛选。程亚教授团队致力于研发大通量高性能微化工芯片制造，以独特的飞秒激光内雕技术制备出了面积达 15.8 cm×13.8 cm、三维内构件加工精度达到微米量级的玻璃连续流合成芯片，然后将一组光纤对阵列精准地集成在微通道上下侧，可同时对 5 条微通道中的合成反应过程进行实时高分辨的光谱检测，空间分辨率高达~50 微米。该芯片反应通量可达 200 mL/min，控温范围为 -70 °C 到 250 °C。光谱检测模块采用了上海复享光学公司的（NOVA 2S）光谱仪，光谱采集积分时间为 10 ms，光谱分辨率为 0.38 nm。针对 ZnO 纳米结构的可控合成应用，通过光谱信号反馈，对反应物浓度、进料速度等合成参数进行了实时监测，实现了合成 ZnO 纳米结构的尺寸和形貌调控。
该连续流合成芯片具有高通量、高性能、多功能、低成本等优势，未来可进一步与人工智能光谱识别技术进行融合，为全自动智能化连续流合成制造开辟了道路。相关成果以“Real-time spectroscopic monitoring of continuous-flow synthesis of zinc oxide nano-structures in femtosecond laser fabricated 3D microfluidic microchannels with integrated on-chip fiber probe array”(《面向全自动智能生产的连续流微化工合成芯片》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Lab on a chip 上，并入选为期刊封面文章。
Real-time spectroscopic monitoring of continuous-flow synthesis of zinc oxide nano-structures in femtosecond laser fabricated 3D microfluidic microchannels with integrated on-chip fiber probe array Miao Wu（吴淼，华东师范大学）, Xin Li*（李欣，华东师范大学）, Di-Feng Yin, Wei Chen, Jia Qi, Ming Hu, Jian Xu, and Ya Cheng*（程亚，华东师范大学） Lab Chip, 2023, 23, 33785-3793
https://doi.org/10.1039/D3LC00353A
吴淼 博士 华东师范大学 本文第一作者，程亚教授博士生，2023 年毕业于华东师范大学，现为华东师范大学博士后。研究方向为利用飞秒激光微纳加工技术制备高性能、大通量、多功能微流控芯片。李欣 副教授 华东师范大学 本文通讯作者，副教授，硕士生导师。华东师范大学物理与电子科学学院，纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心教师。研究工作聚焦微流控芯片合成限域空间的调控和材料的生长机理研究，开发基于微流控芯片的生物检测器件，发表研究论文50 余篇，主持和参与国家自然科学基金青年项目、面上项目等。获第三届上海高校青年教师教学竞赛（自然科学基础学科）二等奖，2021年华东师范大学本科教学优秀奖，2022年上海市高等教育教学成果一等奖。程亚 教授 华东师范大学 本文通讯作者，教授，博士生导师。现任华东师范大学物理与电子科学学院教授。获国家杰出青年科学基金，先后担任国家 973 计划项目、重点研发计划项目首席科学家。从事超快非线性光学与激光微纳制造研究，出版本领域中文专著 1 篇，独著及合编著英文专著 5 本；拥有 8 项授权美国专利和 20 余项授权中国专利。应邀做国际会议邀请报告 130 余次，为美国光学学会和英国物理学会会士。获上海市自然科学一等奖、上海市自然科学牡丹奖、科技部全国颠覆性技术创新大赛总决赛优胜奖等。
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